核辐射探测复习(卢秉祯版)简析.docx

核辐射探测 第一章 核辐射及其探测原理 1.1核辐射基本特性 辐射和X辐射都是电磁辐射。 辐射是核跃迁或粒子湮灭过程中发出的电磁辐射。 X辐射是核外电子从高能级跃迁过程中产生的电磁辐射。 1.2探测带电粒子的物理性质 探测原理：利用带电粒子在物质中对物质原子产生的电离或激发效应或快速轻带电粒子穿过物质时的电磁辐射效应。 带电粒子与物质的作用方式： 带电粒子与核外电子的非弹性碰撞——电离与激发； 带电粒子与原子核的非弹性碰撞——轫致辐射（带电粒子的速度和运动方向改变产生的电磁辐射）或切连科夫辐射(特定条件下物质产生定向极化而随之发出的电磁辐射)； 带电粒子与原子核的弹性碰撞——弹性散射。 带电粒子的能量损失方式：电离损失和辐射损失。 辐射长度是电子在物质中由于辐射损失而使其能量减少到原来能量的1/e时的物质度。 电子的电离损失率和辐射损失率之比： 当电子电离损失率与辐射损失率一样时 带电粒子与物质作用后不再作为自由粒子而存在的现象叫吸收，其中带电粒子从进入物质到被吸收，沿入射方向所穿过的最大距离叫射程。 对正电子的探测一般是通过探测湮没光子间接进行的。 1.3 X和射线的探测 原理：利用他们在物质中的光电效应，康普顿散射，电子对产生等产生的次级电子引起物质的电离和激发探测。 光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象。内层电子（K）容易些，低能高Z 康普顿散射：光子与轨道电子相互作用使得光子只改变方向而不损失能量。 外层电子发生概率大。中能中Z 电子对效应：光子与原子核发生电磁相互作用，光子消失而产生一个电子和一个正电子（电子对）的现象。 且要原子核参加。高能高Z 1.4中子探测方法 两步：1.中子和核的某种相互作用产生带电粒子或光子； 2.利用这些带电粒子或光子的次级带电粒子引起的电离或激发进行探测。 方法：1：中子与核反应放出带电粒子 2：中子弹性散射引起核反冲 3：中子引起的核裂变 4：中子被核俘获引起核激活。 中子探测包括：中子通量密度，中子能量，中子截面。 第2章 气体探测器 2.1基本原理 按探测核辐射的物理过程分为：电离型探测器和发光型探测器。 电离碰撞中被激发的原子，有3种可能的退激方式： 辐射光子；2.发射俄歇光子；3.亚稳原子。 电离产生的电子和正离子从入射粒子得到动能，他们在气体中运动，并和气体分子碰撞，会发生以下物理过程：扩散，电子吸附，复合，漂移。 气体探测器是利用收集核辐射在气体中产生的电离电荷来探测核辐射的。根据外加电压的大小，分为复合区，饱和区，正比区，有限正比区，G-M计数区，连续放电区。 2.2电离室 电离室就是工作在饱和区的气体探测器。 按工作方式，分为：记录单个核辐射粒子的脉冲电离室，主要用于测量带电粒子辐射量和能量，这类电离室按其输出电路的时间常数大小又可分为：离子脉冲电离室和电子脉冲电离室。另一类是记录大量粒子平均电离效应的电流脉冲室。 常见的电离室结构主要由两个处于不同电位的电极和保护环等组成。保护环的作用：主要使收集级边缘的电极保持均匀，使电离室有确定的灵敏体积，也可使高压电极的漏电流不通过集电极。 几种常用脉冲电离室：1.粒子脉冲电离室；2.电子脉冲电离室；3.裂变电离室。4.屏栅电离室:在平行板电离室的高压电极K和收集级A之间放置一个金属网状屏栅电极G，如果K,G之间的距离大于入射粒子射程，入射粒子电离限制在高压电极K和屏栅电极G之间，由于G的静电屏蔽作用，只有电子穿过G极才产生脉冲，正离子不穿过G极。 能量分辨率：探测器微分脉冲幅度分布谱中的特征峰半高宽与峰值所对应的脉冲幅度之比： 2.3正比计数管 利用碰撞电离将入射粒子直接产生的电离效应放大，对直接电离效应放大倍数称为气体放大倍数A，属非自持放电的气体探测器。 光子反馈：次电子可以在电场的加速发生电离碰撞。 正比计数器输出信号主要由正离子漂移贡献，全部输出信号均为正离子由阳极表面向阴极漂移而在外回路流过的感应电荷。电压脉冲信号与输出回路时间常数有光，与入射粒子位置无光。 当电子到达距丝极一定距离之后，通过碰撞电离过程。电子数目不断增殖，这一过程称为气体放大过程，也叫电子雪崩。 2.4 G-M计数管 一种利用自持放电的气体电离探测器：灵敏度高，输出电荷量大，死时间长，输出脉冲幅度与入射粒子类型和能量无光。仅能用于计数。 放电过程：1.初始电离及碰撞电离过程；2.放电传播；3.正电子鞘向阴极漂移过程：形成“离子电流”，是输出脉冲主要贡献；4.正离子在阴极表面的电荷中和过程。 在工作气体中加入少量有机气体（多原子分子气体，又称淬熄气体）的G-M管具有自熄能力。 真实计数率 n记录到的计数率 死时间 2.5放